Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия:

А. Е. Бурдонов, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды им. С. Б. Леонова, эл. почта: slimbul@inbox.ru
В. В. Барахтенко, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды им. С. Б. Леонова
Е. В. Зелинская, профессор кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды им. С. Б. Леонова

Институт горного дела ДВО РАН, Хабаровск, Россия:
К. В. Прохоров, заведующий ЦКП «Центр и сследования минерального сырья»

Представлены результаты теоретического и практического обоснования использования отходов переработки отработанных аккумуляторов в качестве термостабилизатора поливинилхлоридных композиций. Сформулированы основные требования и обоснованы критерии применимости, предъявляемые к наполнителям для производства полимерно-минерального композиционного материала. На основе этих требований выбраны отходы переработки отработанных аккумуляторов для изготовления в промышленных условиях изделий на основе полимерной матрицы. Представлены результаты исследований пыли на минералогическом анализаторе, на оптико-эмиссионном спектрометре, на рентгеноструктурном и энергодисперсионном рентгеновском анализаторах. Уставлено, что основными оксидными соединениями являются MnO, ZnO, PbO, Fe₂O₃ (общ.), S (общ.), Na₂O. Основными минералами являются кварц (SiO₂), франклинит (ZnFe₂O₄) и хиолит (Na₅Al₃F₁₄), цинкит ZnO, силикат железа (FeSiO₃). По данным ИК-спектроскопии установлено присутствие в образцах таких характеристических полос, как сульфид свинца (PbS), фторид цинка (ZnO), техногенное соединение NaPb₂(CO)₂OH. Представлены расчеты отношения массовой доли частиц фракции исследуемого материала к среднему значению размера частиц; предельной упаковки частиц наполнителей, в том числе по плотности. Обосновано, что при таких расчетных показателях и широком распределении частиц по размерам вязкость полимерной композиции при переработке будет низкой, что положительно скажется на производстве материала. В ходе экспериментальных исследований отработаны технологические параметры производственного получения композиционного материала на основе поливинилхлоридной матрицы. Входящие в состав исследуемого материала соединения свинца будут оказывать дополнительный термостабилизирующий эффект при переработке поливинилхлоридных композиций совместно с используемым стандартным стабилизатором. Заменяя часть используемого в рецептуре коммерческого стабилизатора исследуемым наполнителем, можно улучшить перерабатываемость композиции и снизить себестоимость получаемого композиционного материала. Кроме того, использование свинецсодержащей пыли в качестве наполнителя оказывает упрочняющее действие, в результате полученный материал по ряду физико-механических показателей превосходит материалы-аналоги. При разработке композиций подобраны рецептуры для промышленных испытаний с содержанием наполнителя от 30 до 60 %, в том числе с содержанием вспенивающего агента. Установлен рабочий технологический параметр производства — температура расплава в цилиндре экструдера. Выявлены зависимости между технологическими параметрами процесса экструзии и составом композиции.

Работа выполнена при финансовой поддержке ГЗ, проект № 11.8090.2017/БЧ.

1. Pan H., Geng Y., Dong H., Ali M., Xiao S. Sustainability evaluation of secondary lead production from spent lead acid batteries recycling // Resources, Conservation and Recycling. 2019. No. 140. P. 13–22.
2. Haga Y., Saito K., Hatano K. Waste lithium-ion battery recycling in JX nippon mining & metals corporation // Minerals, Metals and Materials Series. 2018. Part F2. P. 143–147.
3. Стрижко Л. С., Котыхов М. И., Щелкунов В. В., Рогов С. И., Столярова И. Ю. Разработка пирометаллургического способа ошлакования цветных металлов при плавке низкопробного лома // Цветные металлы. 2013. № 5. С. 36–38.
4. Nemchinova N. V., Mineev G. G., Tyutrin A. A., Yakovleva A. A. Utilization of Dust from Silicon Production // Steel in Translation. 2017. Vol. 47, No. 12. P. 763–767.
5. Barakhtenko V. V., Burdonov A. E., Zelinskaya E. V. Processing of electric steelmaking process dusts for obtaining composite materials // Ecology and Industry of Russia. 2017. No. 21 (11). P. 20–24.
6. Бурдонов А. Е., Барахтенко В. В., Зелинская Е. В., Толмачева Н. А. Теплоизоляционный материал на основе термореактивных смол и отходов теплоэнергетики // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 48–52.
7. Чантурия В. А., Шадрунова И. В., Горлова О. Е., Орехова Н. Н. Формирование ресурсосберегающих технологий переработки вторичного металлсодержащего сырья на основе принципов адаптации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № S1. С. 347–362.
8. Трофимов Н. Н., Канович М. З. Основы создания полимерных композитов. — М. : Наука, 1999. — 539 с.
9. Katz H. S., Milewski J. V. Handbook of fillers for plastics. — N. Y. : Van Nostrand Reinhold, 1987. — 467 p.
10. Симонов-Емельянов И. Д., Апексимов Н. В., Зарубина А. Ю., Зубков С. Б. Обобщенные параметры структуры, составы и свойства дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов со стеклянными шариками // Пластические массы. 2012. № 5. С. 52–57.
11. Марков А. В., Симонов-Емельянов И. Д., Прокопов Н. И., Ганиев Э. Ш., Аншин В. С., Марков В. А. Исследование технологических свойств жестких ПВХ-композиций с различными наполнителями // Вестник МИТХТ им. М. В. Ломоносова. 2012. Т. 7, № 4. С. 100–105.
12. Немчинова Н. В., Минеев Г. Г., Тютрин А. А., Яковлева А. А. Разработка технологии рудно-термической плавки окускованной шихты из техногенного сырья для производства кремния // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60, № 12. С. 948–954.
13. Бурдонов А. Е., Барахтенко В. В., Зелинская Е. В., Сутурина Е. О., Бурдонова А. В., Головнина А. В. Физико-механические характеристики композиционных материалов на основе отходов производства с различными рецептурами // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 9 (35). С. 14–22.
14. Гроссман Ф. Руководство по разработке композиций на основе ПВХ / под ред. Ф. Гроссмана. — 2-е изд.; пер. с англ. под ред. В. В. Гузеева. — М. : Научные основы и технологии, 2009. — 608 с.
15. Барахтенко В. В., Бурдонов А. Е., Зелинская Е. В. Оценка эффективности применения промышленных отходов в качестве наполнителя поливинилхлоридных композиций // Строительство и реконструкция. 2018. № 6 (80). С. 74–84.
16. Yershova O. V., Chuprova L. V., Mullina E. R., Mishurina O. A., Permyakov M. B. The solution of environmental problems during plastic package recycling // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10, No. 24. P. 44896–44899.
17. Artiukh V., Karlushin S., Sorochan E. Peculiarities of mechanical characteristics of contemporary polyurethane elastomers // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. P. 933–939.
18. Fang C., Liu X., Yu R., Liu P., Lei W. Preparation and Properties of Asphalt Modified with a Composite Composed of Waste Package Poly(vinyl chloride) and Organic Montmorillo nite // Journal of Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30 (12). P. 1304–1310.
19. Пат. 814776 РФ. Антифрикционный древесно-полимерный материал / Шаповалов В. М., Шаповалов А. В., Патякин В. И., Авдашкевич С. В. ; заявл. 20.11.2009 ; опубл. 10.03.2010